PNAS：診斷癌癥、糖尿病從瀕死細胞入手

日期：2016-03-15 09:33:31

在有320名患者和對照者參與的一系列實驗中，研究人員開發出了一種可以高度敏感和特異的方式檢測多種病理過程，包括糖尿病、癌癥、外傷和神經退行性變的血液測試方法。這種新方法是根據瀕死細胞釋放的循環DNA的甲基化模式來推測特定組織中的細胞死亡。

他們的研究結果報告在發表于《美國科學院院刊》（PNAS）雜志上的一篇新論文中。這項研究是由耶路撒冷希伯來大學Ruth Shemer博士和Yuval Dor教授，及Hadassah醫學中心的Benjamin Glaser教授領導的一個國際研究小組所完成。

細胞死亡是健康和疾病狀態下人類生物學的一個重要特征。它可以預示病理早期階段（例如形成中的腫瘤或自身免疫疾病/神經退行性疾病的開始），標志疾病進展，反映治療的成功（如抗癌藥物），鑒別治療意外的毒性作用等等。然而直到現在，都不大可能在特定人類組織中非侵入性地檢測細胞死亡。

新的血液測試通過組合兩個重要生物學原理可檢測一些特定組織中的細胞死亡。第一，瀕死細胞將碎片DNA釋放到了血液循環中，在那里這些DNA短時間地移動。盡管數十年前就已經知道了這一事實，然而由于機體所有細胞的DNA序列都是相同的，不大可能確定循環DNA的起源組織，簡單檢測循環DNA量只有非常有限的用途。

第二個原理是，每種細胞類型的DNA都攜帶著稱作為甲基化的（methylation）獨特化學修飾。

在同一類型的不同細胞間和一些個體間，影響細胞身份（它們表達的基因）的DNA甲基化模式是相似的，并在健康和疾病狀況下保持穩定。例如胰腺細胞的DNA甲基化模式不同于機體其他細胞類型的DNA甲基化模式。

研究人員鑒別出了多個以組織特異性方式甲基化的DNA序列，其可以充當來自每種組織DNA的檢測生物標記物。他們隨后開發出了一種方法檢測血液中循環DNA的這些甲基化模式，證實它可用于鑒別不同人類病理過程循環DNA的起源，并作為特異組織中細胞死亡的指征。他們發現了新發病的I型糖尿病患者血液中β胰腺細胞死亡，復發的多發性硬化癥患者少突膠質細胞死亡，外傷或缺血性腦損傷后患者腦細胞死亡，及胰腺癌或胰腺炎患者外分泌胰腺細胞死亡的的證據。

論文的主要作者以、希伯來大學的DNA甲基化專家Ruth Shemer博士說：“我們的研究證實可以在人類中檢測循環DNA的組織起源。這代表了在特異組織中靈敏檢測細胞死亡的一種新方法及一種令人興奮的診斷醫學方法。”

可以采用這種方法來鑒別來自機體所有細胞類型的cfDNA，為監測和診斷廣譜的人類病理過程，及更好地認識正常組織動態提供了一個微創窗口。

“從長遠來看，我們預想會有一種新的血液測試方法，甚至無需預先猜測特異器官的疾病，就能敏感地檢測組織損傷。我們相信這樣的工具將在診斷醫學和人類生物學研究中具有廣泛用途，”研究的主要作者、Hadassah醫學中心內分泌科主任Benjamin Glaser教授說。

當細胞死亡時，它們不會消失得無影無蹤，而會以游離DNA 的(cfDNA)形式留下它們的指紋。在人體內，可在血液中找到這些微小的DNA片段。在發表于2016年1月Cell雜志上的一項研究中，華盛頓大學的醫學研究人員證實采用一種方法或許有可能克服這些限制，鑒別出生成這些cfDNA的細胞類型。

2015年10月來自北京大學、首都醫科大學的研究人員報告稱，他們開發出了一種稱作為MCTA-Seq（methylated CpG tandems amplification and sequencing）的新方法，可在全基因組范圍檢測肝癌循環游離DNA(ccfDNA)中的超甲基化CpG島。這一重要的研究成果發布在Cell Research雜志上。

2015年10月，斯坦福大學的Stephen Quake團隊開發出一種基于新一代測序的分析，可檢測肺移植患者中的無細胞cfDNA，并從中發現排異和感染的跡象。這項成果于本周發表在《美國科學院院報》（PNAS）上。